(57)【要約】  本発明は、１つ以上の材料の層（１８ａ）のそれぞれの部分をマンドレル（３０）の周囲にかつマンドレル（３０）の縦軸について巻き、かつ（１）材料の各層（１８ａ）の巻かれた部分の少なくとも一部がテープ（８２）の少なくとも一部に覆われており、テープ（８２）の一部の長さ寸法がマンドレル（３０）の縦軸に実質的に平行であるように、材料の層上へテープを配置するか、かつ／または（２）巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合し、材料の層（１８ａ）はそれぞれ繊維を含み、材料の層（１８ａ）それぞれの巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれがマンドレル（３０）の縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われる方法および装置（１４ａ）に関する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の材料の層それぞれの部分をマンドレルの周囲にかつ前記マンドレルの縦軸について巻くステップと、
巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップと、を含み、
前記材料の各層は繊維を含み、
前記材料の各層の巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれがマンドレルの縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われることを特徴とする積層品の製造方法。
【請求項２】
前記材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われているように、前記材料の層上へテープを配置するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように配置が行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の材料の層それぞれの部分をマンドレルの周囲にかつ前記マンドレルの縦軸について巻くステップと、
前記材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われており、かつ
前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように材料の層上へテープを配置するステップと、を含み、
前記材料の各層は繊維を含み、
前記材料の各層の巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれが前記マンドレルの縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われることを特徴とする積層品の製造方法。
【請求項５】
巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１つ以上の材料の層が第１の材料の層と第２の材料の層とを含み、
前記第１の材料の層の巻かれた部分が前記第２の材料の層の巻かれた部分に覆われているように巻くことが実施され、
前記第１の材料の層が前記第２の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる請求項１〜３または５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記１つ以上の材料の層が第１の材料の層と第２の材料の層とを含み、
前記第１の材料の層の側端が前記第２の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われ、
前記第１の材料の層が前記第２の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる請求項１〜３または５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
接合した点の少なくとも２つが前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うようにスポット接合が行われる請求項１〜３または５のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記テープの一部が、前記マンドレルの外周より小さい幅を有し、前記外周は前記マンドレルの縦軸に垂直な平面でとられ、
任意選択的に、前記テープの一部の幅は前記マンドレルの外周の半分より小さい請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記テープの一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップを含む請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って切り込みを入れる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記マンドレルが、前記マンドレルの縦軸に沿って広がる溝を定め、
少なくとも一部は、前記溝内および前記溝に沿って前記マンドレルに対してカッターのブレードまたはエッジを動かすことによって切り込みを入れる請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
材料の層の少なくとも１つの巻かれた部分にテープを結合させるステップを含む請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも一部は、ローラーを前記マンドレルに対して前記マンドレルの縦軸に実質的に一致した方向に移動させることによって結合が行われ、前記テープが前記ローラーと前記マンドレルとの間に配置され、
任意選択的に、結合の間に、前記マンドレルの一部が前記ローラーの溝内に配置され、
任意選択的に、
前記マンドレルが前記マンドレルの縦軸に沿って伸びる平面部分を定め、
結合の間に、前記テープが前記ローラーと前記マンドレルの平面部分との間に配置される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上の材料の層は２つ以上の材料の層を含み、
前記材料の層の少なくとも１つの巻かれた部分に少なくとも１つの他の材料の層の巻かれた部分が覆われているように巻くことが行われる請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上の材料の層は２つ以上の材料の層を含み、
前記材料の層の少なくとも１つの側端が少なくとも１つの他の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われる請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
縦軸を有するマンドレルと、
１つ以上の滑車と、
材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われており、前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように、前記材料の層上へテープを配置するように構成されているテープディスペンサーと、を含み、
前記滑車は、１つ以上の材料の層のそれぞれ１つを受け取り、前記マンドレルに対してかつ前記マンドレルの縦軸について回転して、前記マンドレルの周囲にそれぞれの材料の層の一部を巻くように、それぞれ構成されていることを特徴とする積層品の製造システム。
【請求項１８】
巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット溶接するように構成されている溶接機を含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記溶接機が、前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うスポット溶接を形成するように構成されている請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部に切り込みを入れるように構成されているカッターを含む請求項１７〜１９のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年３月１日に出願した米国仮特許出願第６２／３０１,９６１号、および２０１７年１月３日に出願した米国仮特許出願第６２／４４１,８２０号の優先権を主張する。上記の開示それぞれのすべての内容を放棄することなく参照により援用する。
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、概して複合材料、限定されないが、より具体的には、例えば、１つ以上の一方向繊維テープなどの材料の１つ以上の層からの、例えば斜交積層品などの積層品の製造方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連分野の説明
部品を製造する際、部品上および／または部品内に積層品を配置して、特定領域における追加の強度および／または剛性をもたらすことができ、強度、剛性、重量、および他の要件を満たす部品を促すことができる。一部の部品では、１つ以上の様々な角度で薄層の長さ寸法に対して配向した繊維をそれぞれ有する、１つ以上の斜交積層品を含むものなどの比較的複雑な積層品が望ましいものであり得る。
【０００４】
多くの例では、薄層は、複合テープを含み得る。おそらく製造が困難であることから、例えばテープ（例えば一方向繊維テープ、０／９０テープ、および／または同種のもの）の長さ寸法に整列された繊維を含むものなど特定の種類の複合テープのみが容易に利用可能であり得る。したがって、容易に利用可能な複合テープを用いて比較的複雑な積層品を達成するためには、多くの場合、様々な斜交積層品を製造するために望ましい方向でテープの部分を正確に配置する高価な装置を必要とする。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１０／００７５１２６号および国際公開第２０１４／１２５２６８号には、それぞれ、（ａ）マンドレルの周囲に１つ以上の複合テープを巻いてチューブを形成し、（ｂ）チューブを切断して薄層を製造することによって斜交薄層を製造する方法および装置が開示されている。これらの方法および装置では、複合テープの端を互いに連続的に結合させることによって、チューブに沿って互いに対して位置付け、これは、複雑であり得るか、かつ／または製造した薄層で、テープの変形などの欠陥を生じさせる。これらの方法および装置は、複合テープまたは製造した薄層を、チューブの切断中又は切断後に生じ得る損傷（例えばほころび、繊維転位、および／または同種のもの）から適切に保護しない可能性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一部の実施形態は、（１）材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われ、一部のそのような実施形態では、テープの一部の長さ寸法がマンドレルの縦軸に実質的に平行であるように、材料の層上へテープを配置するステップ、および／または（２）一部のそのような実施形態では、接合した点の少なくとも２つがマンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うように、巻かれた部分の隣接した（例えば左右交互のおよび／または重複する）部分またはラップを一緒にスポット接合するステップを含むことによって、並びに／あるいは（１）および／または（２）を行うように構成されていることによって、マンドレルに沿って互いに対してマンドレルの周囲に巻かれている材料の層を配置する一方で、材料の層の変形を緩和するのを容易にし得る。
【０００７】
本開示の一部の実施形態は、材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われ、一部のそのような実施形態では、テープの一部の長さ寸法がマンドレルの縦軸に実質的に平行であるように材料の層上へテープを配置するステップと、テープおよび巻かれた部分の一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップとを含むことによって、および／またはこれらのステップを行うように構成されていることによって、材料の層の巻かれた部分に切り込みを入れて積層品を製造する間または後に生じ得る損傷からマンドレルの周囲に巻かれている材料の層を保護し得る。
【０００８】
「連結されている」は、必ずしも直接とは限らず、必ずしも機械的にとは限らず、接続されていると定義され；「連結されている」２つのものは互いと単一になり得る。「ａ」および「ａｎ」は、明白に他の意味に解釈すべき場合を除いて１つ以上と定義される。「実質的に」は、必ずしも完全とはかぎらないが、大部分特定されるものであると定義され（特定されるものを含み、例えば、実質的に９０°は９０°を含み、実質的に平行は平行を含む）、これは当業者によって理解される。いずれの開示される実施形態でも、「実質的に」は、特定されるもの「の［パーセンテージ］内」で置換することができ、該パーセンテージは、０．１、１、５、および１０％を含む。
【０００９】
さらに、特定の方法で構成される装置またはシステムは、少なくともそのように構成されているが、具体的に記載されているもの以外の方法で構成することもできる。
【００１０】
「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」（「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」）などの含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）のいずれの形態）、「を有する（ｈａｖｅ）」（「を有する（ｈａｓ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの有する（ｈａｖｅ）のいずれの形態）、および「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」（「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）のいずれの形態）は非制限的な連結動詞である。結果的に、１つ以上の要素を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」装置は、該１つ以上の要素を持つが、該要素のみ持つと限定されない。同様に、１つ以上のステップを「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」方法は、該１つ以上のステップを持つが、該１つ以上のステップのみ持つと限定されない。
【００１１】
「および／または」は、「および」または「または」を意味する。例示すると、Ａ、Ｂ、および／またはＣは、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢの組み合わせ、ＡとＣの組み合わせ、ＢとＣの組み合わせ、またはＡとＢとＣとの組み合わせを含む。言い換えると、「および／または」は、包括的な「または」として働く。
【００１２】
いずれの装置、システム、および方法のいずれの実施形態も、記載されたステップ、要素、および／または特徴のいずれも「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）／含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）／有する（ｈａｖｅ）」よりはむしろ、該ステップ、該要素、および／または該特徴からなる、または本質的になることができる。したがって、いずれの請求項で、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」または「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、そうでなければ制約のない（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）連結動詞を用いるものから所与の請求項の範囲を変更するために、上記の制約のない（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）連結動詞のいずれかと置き換わることができる。
【００１３】
一実施形態の１つまたは複数の特徴が、実施形態の本開示または性質で明確に禁止されない限り、説明されず、例示されていなくても、他の実施形態に適用され得る。
【００１４】
上記実施形態および他の実施形態と関連した一部の詳細を以下説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下の図面は、例示であって、限定するものではない。簡潔かつ明確にするために、記載した構造のあらゆる特徴が必ずしも構造を表すすべての図面に示されていない。同一の参照番号は必ずしも同一の構造を示すわけではない。むしろ、同じ参照番号は、同一でない参照番号と類似の特徴または類似の機能を有する特徴を示すのに使用され得る。
【図１】本方法の一部の実施形態を代表するフローチャートである。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の一部の実施形態に従う一方向繊維テープから斜交積層品を製造するロール・ツー・ロール法の概略図である。
【図３】図２Ａおよび図２Ｂに示すマンドレルの断面端面図である。
【図４】図４Ａは、本開示の一部の実施形態に従う２つ以上の一方向繊維テープから斜交積層品を製造する方法の概略図である。図４Ｂは、本開示の一部の実施形態に従う２つ以上の一方向繊維テープから斜交積層品を製造する方法の概略図である。
【図５】図５Ａは、本開示の一部の実施形態での使用に適し得るローラーの正面図を示す。図５Ｂは、本開示の一部の実施形態での使用に適し得るマンドレルの断面端面図を示す。
【図６】図６Ａは、本開示の一部の実施形態での使用に適し得る一方向繊維テープの概略図である。図６Ｂは、図２Ａおよび図２Ｂの方法を使用して図６Ａの一方向繊維テープから製造され得る積層品の概略図である。
【図７】本開示の一部の実施形態での使用に適し得るマンドレルの断面端面図である。
【図８】図８Ａは、層の長さに対して９０°で層の端を定めるようにそれぞれ切断されている、マンドレルの周囲に巻かれた材料の層を示す。図８Ｂは、層がマンドレルの周囲に巻かれている際に、マンドレルの端と同一平面にある層の端を定めるようにそれぞれ切断されている、マンドレルの周囲に巻かれた材料の層を示す。
【図９】異なる直径のマンドレルの周囲に巻かれた材料の様々な層についての巻き角に対するスクラップ率のグラフである。
【図１０】異なる直径のマンドレルの周囲に巻かれた材料の様々な層についての巻き角に対するスクラップ率のグラフである
【図１１】様々なマンドレル直径および巻き角について、層がマンドレルの周囲に巻かれている際に望ましい材料の層の幅を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示で、「薄層（ｌａｍｉｎａ）」は、マトリックス材料を繊維の配列に導入することによって形成される材料の層であり、「薄層（ｌａｍｉｎａｅ）」は薄層（ｌａｍｉｎａ）の複数形である。「積層品」は、一体化されているかどうかに関わりなく、１つ以上の薄層を含む材料の層である。本明細書で、「斜交」積層品は、実質的にすべての繊維が積層品の長さに対して角度を付けて配置されている少なくとも１つの薄層を含む積層品である。
【００１７】
図２Ａおよび図２Ｂは、本システムの１つの実施形態１４ａを用いて実施される、本方法の１つの実施形態１０ａを示す。本開示を通して、方法１０ａを含む本方法はいずれの適したシステムを用いて実施できることから、システム１４ａは例示として記載され、考察されている。本方法の一部の実施形態は、マンドレル（例えば３０）の周囲に１つ以上の材料の層のそれぞれ（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の部分（時に巻かれた部分と称される）を巻くステップ（例えばステップ２０４、図１）を含む。例えば、方法１０ａは、マンドレル３０の周囲に材料の層１８ａの部分を巻くステップを含む。そのような材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）は、例えば、マトリックス材料（例えば２６）内に分散できる、炭素、ガラス、玄武岩、布、および／または同種の繊維などの繊維（例えば２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および／または同種のもの）を含むことができる（例えば材料の層は積層品を含み得る）。繊維（例えば２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および／または同種のもの）を含む材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）について、そのような繊維は、いずれの適した様式で材料の層内で互いに対して配向でき、互いと一直線になるか、または互いに対して角度を付けて配置され、層状にしたおよび／または織り合わされた構造、および／または同種の構造を定める。例えば、材料の層１８ａは、（例えば熱可塑性）マトリックス材料２６内に分散した繊維２２ａを含む積層品であり、実質的にすべての繊維が互いに及び材料の層の長さに実質的に平行である（例えば材料の層１８ａは０°の一方向繊維テープを含む）。材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）は、繊維を含まなくてもよい。材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）は、メッシュ、ハニカム、および／または同種の構造を含み得る。
【００１８】
例として、熱可塑性マトリックス材料（例えば２６）としては、ポリエチレンイミン、ポリエーテルイミド、またはそれらの誘導体、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（１，４−シクロヘキシリデンシクロヘキサン−１，４−ジカルボキシレート）、グリコール修飾ポリシクロヘキシルテレフタレート、ポリ（フェニレンオキシド）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、熱可塑性エラストマー、テレフタル酸エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド（例えばＰＡ６、ＰＡ６６、および／または同種のもの）、ポリスルホンスルホネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、アククロニトリルブチルジエンスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート／ポリブチレンスクシネート、それらのコポリマー、またはそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００１９】
システム１４ａのマンドレル３０は縦軸３４を有する。マンドレル３０は、円形の外周３６（図３）を定める、縦軸３４と垂直である断面を有する。少なくとも、材料の層（例えば１８ａ）が巻かれるよう意図されている（例えばマンドレル、またはその部分が円筒状である）マンドレルの一部について、マンドレル３０の外周３６は、縦軸３４に沿って一定である。マンドレル（例えば３０）は、例えば、三角、四角、長方形、その他の多角形、円形、楕円、その他の円形、および／または同種のものである外周（例えば３６）を有するいずれの適した形状を含み得、外周は、マンドレルの縦軸（例えば３４）に沿って、サイズおよび／または形状がさまざまであり得る（例えばマンドレルは、縦軸に沿って、テーパーが付けられ得るか、かつ／またはねじられ得る）。マンドレル（例えば３０）は、いずれの適した寸法を有し得、例えば、最大左右面（例えば３２）（例えば直径）が、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０、３８０、３９０、４００、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、４７０、４８０、４９０、５００、またはそれを超えるミリメートル（ｍｍ）のいずれか１つ以上、またはいずれか２つの間である。
【００２０】
マンドレル（例えば３０）は、マンドレルに対しての材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分の保持を容易にするように構成され得る。例えば、マンドレルが、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分のマンドレルからおよび／またはマンドレルに対しての（例えば時期尚早の）分離ならびに／あるいは移動に物理的に抵抗するように、例えば、マンドレル（例えば３０）は、テクスチャード加工されるか、凹部および／またはリッジを定めるか、接着剤を含むなどの外側の表面を含むことができる。マンドレル（例えば３０）は、加熱されるように構成され得、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分の隣接した部分などの間の接着を促進し得、それ故にマンドレルに対する巻かれた部分の保持を容易にし得る。そのような実施形態では、マンドレルは、比較的高い熱伝導性を有する材料、例えば、銀、銅、アルミニウム、および／または同種のものなどを含み得る。マンドレル（例えば３０）は、真空源と流体連結するように構成されている１つ以上の開口部を定める外側の表面を含むことができる（例えば開口部に真空を印加して、マンドレルに対する材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分の保持を容易にするようなもの）。
【００２１】
本方法の一部の実施形態では、材料の各層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）は、１つ以上の滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）のそれぞれ１つに配置され、巻きは、マンドレル（例えば３０）に対してかつマンドレルの縦軸（例えば３４）について各滑車を回転することを含む（各滑車は、同じ方向で回転する必要はない）。例えば、方法１０ａでは、材料の層１８ａの少なくとも一部は、滑車３８ａの周囲に巻かれ得（糸巻きと特徴づけられ得る）、滑車がマンドレル３０に対してかつマンドレルの縦軸３４について回転する（例えば概して矢印４２ａで示される方向で）ことから、材料の層が滑車からほどかれているとき、材料の層をマンドレルの周囲に巻くことができる。材料の層１８ａが滑車３８ａからほどかれているとき、滑車は、その縦軸４６について回転することができる（例えば概して矢印５０で示される方向に）。マンドレル（例えば３０）に対しておよびマンドレルの縦軸（例えば３４）についての１つ以上の滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）のそのような回転は、いずれの適した様式で達成することができ、そのような様式としては、（１）マンドレルが縦軸について回転自在に固定される一方で１つまたは複数の滑車が縦軸について回転する；（２）１つまたは複数の滑車が縦軸について回転自在に固定される（それらのそれぞれの縦軸４６についての１つまたは複数の滑車のいずれの回転も無視する）一方で、マンドレルが縦軸について回転する；または（３）１つまたは複数の滑車およびマンドレルが縦軸について回転する、が挙げられる。少なくとも１つの滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）が、材料の層がマンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれる際に滑車に少なくとも一部配置される材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）を、例えば、その縦軸（例えば４６）について回転するための滑車の（例えば摩擦）抵抗などにより、引っ張るように構成され得、マンドレルに対する材料の層の巻かれた部分の保持および／または配置を容易にすることができる。
【００２２】
システム１４ａは、マンドレル３０の周囲に、マンドレルの外側の表面に巻かれる材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）をプレスするように構成されているローラー５４を含む。少なくともこのようにして、ローラー５４は、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分とマンドレル３０との間に閉じ込められ得る空気の除去を促進することができるのに加えて、マンドレルに対して巻かれた部分の保持および／または配置を容易にすることができる。ローラー（例えば５４）は加熱され得、加熱したマンドレルについて上述したものと同様の機能および利点をもたらすことができる。ローラー５４は、ローラー９８に関して後述する特徴のいずれか１つ以上を含み得る。
【００２３】
本方法の一部の実施形態は、マンドレル（例えば３０）を１つ以上の滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）に対して移動することを含む。例えば、方法１０ａは、マンドレルの縦軸３４とほぼ一致した方向に（例えば概して矢印５６で示される方向に）滑車３８ａに対してマンドレル３０を移動することを含む。１つ以上の滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）に対するマンドレル（例えば３０）のそのような移動は、いずれの適した様式で達成することができ、そのような様式としては、（１） １つまたは複数の滑車が、マンドレルが移動する際に、マンドレルの縦軸（例えば３４）についてまたはそれらのそれぞれの縦軸（例えば４６）についての１つまたは複数の滑車のいずれの回転も無視して、並進的に固定される；（２）１つまたは複数の滑車が移動する際に、マンドレルが並進的に固定される；または（３）１つまたは複数の滑車およびマンドレルの両方の移動による、が挙げられる。
【００２４】
本開示の一部の実施形態は、例えば、積層品の長さがマンドレル（例えば３０）の長さによって制限されなくてもよいように、連続した（バッチの対語として）プロセスで積層品を製造するように構成され得る。例えば、マンドレル３０は、エンドレスのマンドレルと特徴付けることができ、互いに取り外し可能なようにまたは移動可能に連結した２つ以上のマンドレル部分（例えば３０ａおよび３０ｂ）を含む。例えば、マンドレルの周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の下流に（例えば以下により詳述するカッター１１０の下流に）マンドレル部分が移動した後、マンドレル部分がマンドレルから分離することができ、巻かれた部分の上流（例えば滑車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のものの上流）でマンドレルに再連結できる（例えば矢印５８で概して図示されるプロセス）ように、マンドレル（例えば３０）のマンドレル部分（例えば３０ａおよび３０ｂ）は、互いに取り外し可能なように連結され得る。
【００２５】
例えば、マンドレル部分が連続した（例えばループ）構造を定めるように協働し得るように、マンドレル部分（例えば３０ａおよび３０ｂ）は、互いに移動可能に連結され得る（例えばマンドレル部分の隣接したものの間のヒンジ連結または枢動連結によって）。そのような実施形態では、マンドレル部分が、マンドレルの周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の上流と近くの両方の位置（例えば滑車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のものの上流）に近づくとき、マンドレル部分を、材料の層をその上で受け取るための適切な配列に（例えばマンドレル部分が、材料の層が巻かれる別のマンドレル部分に実質的に揃うように）、（例えばトラック、ガイド、ローラー、および／または同種のものを介して）回転できるか、または誘導できる。マンドレル部分が材料の層の下流に（例えばカッター１１０の下流に）移動した後、材料の層に近接した上流の位置に最終的に戻るように（例えば連続した様式で）、（例えばトラック、ガイド、ローラー、および／または同種のものを介して）マンドレル部分を回転できるか、または誘導できる。
【００２６】
本開示の実施形態は、マンドレル（例えば３０）の周囲にいずれの適した数の材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）を、例えば、左右交互のおよび／または重複する（例えばそのそれぞれが隣接していると特徴づけ得る）部分を有する巻かれた部分を形成するようにといったいずれの適した様式で巻くステップを含むことができるか、またはそのように巻くように構成できる。少なくともこれらのパラメータを変動させることによって、本方法およびシステムは、機械的特性が変化した積層品を製造するように構成され得る。
【００２７】
例えば、方法１０ａは、材料の層の巻かれた部分について、繊維２２ａの多数のそれぞれがマンドレルの縦軸３４に対して角度を付けて（例えば実質的に同じ角度６２ａで）配置されるように、単一の材料の層１８ａをマンドレル３０の周囲に巻くステップを含む。方法１０ａでは、材料の層１８ａは、第１の側端６６ａと、第１の側端の反対側にある第２の側端６６ｂとを含み、巻くステップは、材料の層の巻かれた部分について、第１の側端が第２の側端の側にあるか、または左右交互の関係である（例えば第２の側端の０．０〜０．５ｍｍ内）（例えば第１の側端が第２の側端に隣接している）ように実施される。したがって、方法１０ａおよび／またはシステム１４ａは、材料の層１８ａの巻かれた部分にどのように切り込みを入れて積層品を製造するか（以下により詳細について説明する）に応じて、積層品の長さに対して角度６２ａで配向した繊維２２ａを有し得る斜交積層品を製造するように構成され得る。
【００２８】
図４Ａをさらに参照すれば、本システムの１つの実施形態１４ｂを用いて実施される本方法の１つの実施形態１０ｂが示され、該方法および該システムは、以下に記載の主な例外を除いて、それぞれ方法１０ａおよびシステム１４ａと実質的に同様であり得る。方法１０ｂは、２つの材料の層１８ｂおよび１８ｃを、マンドレル３０の周囲に巻くステップ（例えばステップ２０４、図１）を含む。方法１０ｂおよびシステム１４ｂでは、材料の層１８ｂは滑車３８ｂ上に少なくとも部分的に配置され得、滑車がマンドレルに対して、マンドレルの縦軸３４について回転する（例えば概して矢印４２ｂで示される方向に）際に、滑車３８ｂはマンドレル３０周囲の材料の層を巻くことができる。図示のように、材料の層１８ｃが、滑車３８ｃ上に少なくとも部分的に配置され得、滑車がマンドレルに対して、かつマンドレルの縦軸３４について回転する（例えば概して矢印４２ｃで示される方向に）際に、滑車３８ｃはマンドレル３０周囲の材料の層を巻くことができる。
【００２９】
方法１０ａと同様に、方法１０ｂでは、材料の層の第１の側端６６ａが材料の層の第２の側端６６ｂの側にあるように、材料の層１８ｂおよび／または１８ｃが、それぞれマンドレル３０の周囲に巻かれ得る。方法１０ｂでは、材料の層１８ｂの巻かれた部分の少なくとも一部が材料の層１８ｃの巻かれた部分に覆われているように（例えば材料の層１８ｂおよび１８ｃの巻かれた部分が重複するように）巻くステップを実施することができる。図示のように、材料の層１８ｂの巻かれた部分について、多数の繊維２２ｂのそれぞれが、マンドレル３０の縦軸３４に対して、かつ材料の層１８ｃの巻かれた部分について巻くことができ、多数の繊維２２ｃのそれぞれが、マンドレルの縦軸に対して実質的に第２の角度６２ｃで角度を付けて配置される。第１の角度６２ｂは、例えば、１０〜８０°、２０〜７０°、３０〜６０°、４０〜５０°などで、第２の角度６２ｃと異なり得る。したがって、方法１０ｂおよびシステム１４ｂは、材料の層１８ｂおよび１８ｃの巻かれた部分にどのように切り込みを入れて積層品を製造するかに応じて、積層品の長さ寸法に対して角度６２ｂで配向した繊維２２ｂと角度６２ｃで配向した繊維２２ｃとを有し得る斜交積層品を製造するように構成され得る。
【００３０】
図４Ｂをさらに参照すれば、本システムの１つの実施形態１４ｃを用いて実施される本方法の１つの実施形態１０ｃが示され、該方法および該システムのそれぞれは、以下に記載の主な例外を除いて、方法１０ｂおよびシステム１４ｂと実質的に同様である。方法１０ｃおよびシステム１４ｃでは、滑車３８ｂおよび３８ｃが、それぞれマンドレル３０に対して、かつマンドレルの縦軸３４について同じ方向で（例えば概して矢印４２ｃで示される方向に）回転して、材料１８ｂおよび１８ｃの層をそれぞれマンドレルの周囲に巻くことができる。図示のように、（１）材料の層１８ｂの側端（例えば６６ｂ）が材料の層１８ｃの側端（例えば６６ａ）の側にあるように、（２）材料の層ごとに、多数の繊維２２ｂおよび２２ｃのそれぞれが、マンドレル３０の縦軸３４に対して角度を付けて（例えば実質的に同じ角度６２ｄで）配置されるように、巻くステップを実施することができる。したがって、方法１０ｃおよびシステム１４ｃが、材料の層１８ｂおよび１８ｃの巻かれた部分にどのように切り込みを入れて積層品を製造するかに応じて、積層品の長さ寸法に対して角度６２ｄで配向した繊維２２ｂおよび２２ｃを有し得る斜交積層品を製造するように構成され得る。
【００３１】
本方法の一部の実施形態は、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップを含む（例えばステップ２０８、図１）。そのようなスポット接合ステップは、加熱（例えば加熱したローラーを用いる）、溶接（例えば赤外線溶接、レーザー溶接、超音波溶接、摩擦溶接、および／または同種のもの）、接着剤の接着、化学的な結合、および／または同種のものを含むことができる。例えば、方法１０ａでは、材料の層１８ａの巻かれた部分の左右交互の部分を、接合したスポット７０で一緒にスポット接合できる。方法１０ｂでは、材料の層１８ｂの巻かれた部分の左右交互の部分、材料の層１８ｃの巻かれた部分の左右交互の部分、および／または材料の層１８ｂおよび１８ｃの巻かれた部分の重複する部分を、接合したスポット７０で一緒にスポット接合できる。方法１０ｃでは、材料の層１８ｂおよび１８ｃの巻かれた部分の左右交互の部分を、接合したスポット７０で一緒にスポット接合できる。そのようなスポット接合は、少なくとも２つの接合した点（例えば７０）が、マンドレル（例えば３０）の縦軸（例えば３４）と実質的に平行である線（例えば７４）に沿ってあるように実施し得る（図２Ａ）。これらのおよび他の方法で、本開示の一部の実施形態は、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）をマンドレル（例えば３０）に沿って互いに対して位置づける一方で、製造した積層品において材料の層の変形などの欠陥を緩和するのを容易にし得る。一部の実施形態では、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の隣接した部分は、連続した溶接（例えば材料の層の側端に沿って、マンドレルの縦軸３４に沿ってなど）によって接合され得る。
【００３２】
そのようなスポット接合は、いずれの適した構造を用いて実施でき、システム１４ａの以下の説明は例示にすぎない。システム１４ａは、マンドレル３０の周囲に巻かれた材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の隣接した部分をスポット溶接するように構成されている溶接機７８（例えば赤外線溶接機、レーザー溶接機、超音波溶接機、摩擦溶接機、および／または同種のもの）を含む。溶接機７８はマンドレル３０の縦軸３４について回転自在に固定され、他の実施形態では、溶接機（例えば７８）は、例えば、１つ以上の滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）の少なくとも１つや、マンドレル、および／または同種のものによって、マンドレル（例えば３０）の縦軸（例えば３４）に対して回転するように構成され得る。溶接機７８はマンドレル３０に対して移動する（例えばマンドレルの縦軸３４に実質的に一致した方向に）ように構成されている。そのようなマンドレル（例えば３０）に対しての溶接機（例えば７８）の移動は、いずれの適した様式で達成することができ、該様式としては、（１）マンドレルが移動する際に、マンドレルの縦軸（例えば３４）についての溶接機のいずれの回転も無視して、溶接機が並進的に固定される；（２）溶接機が移動する際に（例えば溶接機を連結できるキャリッジの移動によってなど）、マンドレルが並進的に固定される；または（３）溶接機およびマンドレルの両方の移動によって、が挙げられる。
【００３３】
例えば、１つ以上の材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の少なくとも１つの側端（例えば６６ａまたは６６ｂ）、マンドレル（例えば３０）に対しての１つ以上の滑車（例えば３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および／または同種のもの）の少なくとも１つの回転位置および／または速度、材料の層の少なくとも１つの幅、材料の層の少なくとも１つの長さ寸法とマンドレルの縦軸（例えば３４）との間の角度（例えば材料の層の巻き角）、および／または同種のものの（例えばセンサに基づいた）検出に基づいて、スポット溶接を周期的に生成するように、溶接機（例えば７８）は構成され得る。溶接機（例えば７８）は、例えば、溶接機が２つ以上のスポット溶接を同時にまたは実質的に同時に製造するように、多数の溶接先端またはヘッドを含むことができる。
【００３４】
本方法の一部の実施形態は、材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部（例えば８６）に覆われているように（テープの少なくとも一部が材料の各層の巻かれた部分と必ずしも接触するとは限らない）、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）上へテープ（例えば８２）を配置することを含む（例えばステップ２１２、図１）。そのようなテープ（例えば８２）は、例えば熱可塑性材料などのいずれの適した材料も含むことができ、該材料は、テープが配置される材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）のマトリックス材料（例えば２６）に合うように選択され、繊維を含んでもよいし、含まなくてもよい。方法１０ａでは、材料の層の巻かれた部分、より詳細にはその少なくとも２つの左右交互の部分がテープの少なくとも一部８６に覆われているように、テープ８２が材料の層１８ａ上へ配置される。テープ８２の部分８６は、マンドレル３０の縦軸３４と実質的に平行であり得る長さ寸法、およびマンドレルの外周３６より小さいもの（例えばマンドレルの外周の２分の１未満）であり得る幅９０（例えば幅の半分が図２Ａに示されている）を含む。
【００３５】
本方法の一部の実施形態は、テープ（例えば８２）の部分（例えば８６）をマンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）に結合させるステップを含む。そのような結合は、加熱（例えば加熱したローラーを用いて）、溶接（例えば赤外線溶接、レーザー溶接、超音波溶接、摩擦溶接、および／または同種のもの）、接着剤での結合、化学的な結合、および／または同種のものを含むことができる。これらの方法および他の方法で、本開示の一部の実施形態は、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）をマンドレル（例えば３０）に沿って互いに対して位置づける一方で、製造した積層品において材料の層の変形などの欠陥を緩和するのを容易にし得る。
【００３６】
材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分上へのテープ（例えば８２）またはそれらの部分（例えば８６）のそのような配置および／または結合は、いずれの適した構造を用いて実施でき、システム１４ａの以下の説明は例示にすぎない。システム１４ａは、テープの少なくとも一部（例えば８６）がマンドレル３０の周囲に巻かれた材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）に与えられ得、かつテープ（例えば８２）が巻かれ得る糸巻きを含み得るテープディスペンサー９４を含む。溶接機（例えば７８）について上述したのと同様に、そのようなテープディスペンサー（例えば９４）は、マンドレル（例えば３０）の縦軸（例えば３４）に対して回転するように構成されていてもよく、構成されていなくてもよい。また、該テープディスペンサー（例えば９４）は、マンドレルに対して移動するように構成されていてもよく、構成されていなくてもよい。
【００３７】
システム１４ａは、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分に対して、テープ（例えば８２）、またはその一部（例えば８６）をプレスするように構成されているローラー９８を含む。そのようなローラー（例えば９８）は、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）へのテープ（例えば８２）またはその一部（例えば８６）の結合および／またはテープまたはその一部と材料の層との間に閉じ込められ得るいずれの空気の除去を容易にし得る。
【００３８】
例として、図５Ａは、本開示の一部の実施形態（例えば１４ａ、ローラー９８として）での使用に適し得るローラー９８ａを表す。ローラー９８ａは、マンドレル３０の形状に対応する形状を有し得る。例えば、互いに接触するローラー９８ａの一部およびマンドレル３０の一部は、それぞれ表面を有し得、該表面は、実質的に同じ曲率を有し、ローラーの一部の断面およびマンドレルの一部の断面は、実質的に同じ形状（例えば、図５Ａに示すように両方とも円形であり、実質的に同じ半径を有する）などを有し得る。さらなる例として、ローラー９８は、マンドレル３０の一部を受けるように構成されている溝１２０を定め得る。少なくともこれらのようにして、ローラー９８ａとマンドレル３０との接触の領域を増加し得る。
【００３９】
ローラー（例えば９８）は、例えば、ローラーとマンドレル（例えば３０）との間の接触領域がローラーによってマンドレルに印加される力で増加するような弾性材料を含み得る。そのような弾性材料としては、例えば、ゴム、エラストマー、ポリウレタン、弾性熱可塑性材料、および／または同種のものを挙げることができる。ローラー（例えば９８）は、加熱され得、加熱したマンドレルについて上述したものと同様の機能および利点をもたらし得る。
【００４０】
図５Ｂをさらに参照すれば、本開示の一部の実施形態（例えば１４ａ、マンドレル３０として）での使用に適し得るマンドレル３０ａが示されている。マンドレル３０ａは、マンドレルの周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）へのテープ（例えば８２）の結合および／またはテープと材料の層との間に閉じ込められ得るいずれの空気の除去を容易にするように構成され得る。例えば、マンドレル３０ａは、マンドレルの縦軸３４に沿って伸びることができる平面部分１２２を含むことができる。平面部分１２２は、テープ（例えば８２）および／またはローラー９８の幅と実質的に等しい幅１２６を有し得、該幅は、マンドレルの最大左右面（例えば３２）の５、１０、１５、２０、２５、３０、３５％以上のいずれか１つ、またはいずれか２つの間などである。そのようなマンドレル（例えば３０ａ）の平面部分（例えば１２２）は、ローラー（例えば９８）とマンドレルとの間の接触領域を増加させることができ、マンドレルに対してのガイド構成要素（例えばローラー５４、溶接機７８、テープディスペンサー９４、ローラー９８、レーザー１０２、カッター１１０、ローラー１１８、および／または同種のもの）の移動の間におけるマンドレル対するテープ（例えば８２）の配置、および／またはガイド構成要素の配置を（例えば構成要素がマンドレルに対して移動し得る平らな表面を提供することによって）容易にし得る。
【００４１】
システム１４ａは、例えば、１つ以上のレーザービームを、ローラー９８に近接し、かつ下流にあるテープの一部へ向けることによって、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）にテープ（例えば８２）またはその一部（例えば８６）を溶接するように構成されているレーザー１０２を含む。一部の実施形態では、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）へのテープ（例えば８２）の結合は、赤外線溶接機、超音波溶接機、摩擦溶接機、１つ以上の加熱したローラー（例えば９８）、および／または同種のものを用いて（例えばレーザー１０２を用いるか、または用いないで）実施できる。
【００４２】
図６Ａおよび図６Ｂをさらに参照すれば、本方法の一部の実施形態は、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の少なくとも一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップ（例えばステップ２１６、図１）を含む。方法１０ａでは、材料の層１８ａの巻かれた部分に切り込みを入れることができ、マンドレル３０から除去して積層品１０６を製造できる。図示のように、マンドレル３０の縦軸３４と実質的に平行である線に沿って切り込みを入れる。テープ（例えば８２）またはその一部（例えば８６）が材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分上へ配置される実施形態では、切り込みを入れるステップは、テープまたはその部分に切り込みを入れることを含むことができる。方法１０ａでは、テープ８２の一部８６が実質的に両断されるように切り込みを入れる。図６Ｂに示すように、切り込みを入れた後、テープ８２の一部８６は、積層品１０６の反対側の端に配置される。これらの方法および他の方法で、本開示の一部の実施形態は、マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）を、材料の層の巻かれた部分に切り込みを入れて積層品を製造する間または後に生じ得る損傷から保護し得る。
【００４３】
マンドレル（例えば３０）の周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）にそのような切り込みを入れることは、いずれの適した構造を用いて実施でき、システム１４ａの以下の説明は例示にすぎない。システム１４ａは、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分を切断して積層品（例えば１０６）を製造するように構成されているブレードまたはエッジを含み得るカッター１１０を含む。溶接機（例えば７８）について上述したのと同様に、そのようなカッター（例えば１１０）は、マンドレル（例えば３０）の縦軸（例えば３４）に対して回転するように構成されていてもよく、構成されていなくてもよい。また、該カッターは、マンドレルに対して移動するように構成されていてもよく、構成されていなくてもよい。一部の実施形態では、カッター（例えば１１０）はレーザーを含み得る。システム１４ａは、材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の巻かれた部分に切り込みを入れて積層品を製造したら積層品（例えば１０６）を巻くことができる糸巻き１１４を含み、１つ以上のローラー１１８によって促進できる。
【００４４】
図７をさらに参照すれば、本開示の一部の実施形態（例えば１４ａ、マンドレル３０として）での使用に適し得るマンドレル３０ｂが示される。マンドレル３０ｂは、マンドレルの周囲に巻かれている材料の層（例えば１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および／または同種のもの）の切断中にマンドレルに沿ってブレードまたはエッジを導くために、カッター１１０のブレードまたはエッジを受けるように構成されている溝１３４を含むことができる。溝１３４は、マンドレル３０の縦軸３４ｂと実質的に一直線になり得る。溝１３４は、カッター１１０のブレードまたはエッジによる正確かつ／または一直線の切断を容易にし得、ブレードまたはエッジによるマンドレル３０ｂの表面の削り取りを軽減し得るなどが可能である。
【００４５】
本システム（例えば１４ａ）の構成要素（例えばローラー５４、溶接機７８、テープディスペンサー９４、ローラー９８、レーザー１０２、カッター１１０、ローラー１１８、および／または同種のもの）は、マンドレル（例えば３０）に対して移動可能である１つ以上のキャリッジ（例えば１３０、図２Ａ）上に配置され得る。そのようなキャリッジ（例えば１３０）は、互いに対する２つ以上の構成要素の一致した配置で、マンドレル（例えば３０）に対する１つ以上の構成要素の移動を容易にすることなどが可能である。
【００４６】
積層品を製造する本方法の一部の実施形態は、１つ以上の材料の層それぞれの部分をマンドレルの周囲におよびマンドレルの縦軸について巻くステップを含み、材料の各層は繊維を含み、材料の各層の巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれがマンドレルの縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われる。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つの繊維は炭素繊維を含む。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つの繊維はガラス繊維を含む。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つの繊維は玄武岩繊維を含む。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つはマトリックス材料を含む。一部の実施形態では、マトリックス材料は熱可塑性材料を含む。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つは一方向繊維テープを含む。
【００４７】
一部の実施形態では、１つ以上の材料の層は２つ以上の材料の層を含む。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つの巻かれた部分に少なくとも１つの他の材料の層の巻かれた部分が覆われているように巻くことが行われる。一部の実施形態では、材料の層の少なくとも１つの側端が少なくとも１つの他の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われる。
【００４８】
一部の実施形態では、第１の材料の層の巻かれた部分について多数の繊維のそれぞれがマンドレルの縦軸に対して実質的に第１の角度で角度を付けて配置され、かつ第２の材料の層の巻かれた部分について多数の繊維のそれぞれがマンドレルの縦軸に対して実質的に第２の角度で角度を付けて配置されるように巻くことが実施され、第１の角度は第２の角度と異なる。一部の実施形態では、第１の角度は第２の角度と１０〜８０°異なる。一部の実施形態では、第１の角度は第２の角度と２０〜７０°異なる。一部の実施形態では、第１の角度は第２の角度と３０〜６０°異なる。一部の実施形態では、第１の角度は第２の角度と４０〜５０°異なる。
【００４９】
一部の実施形態では、材料の層のそれぞれが、１つ以上の滑車のそれぞれの１つに配置され、巻くステップが、マンドレルに対してかつマンドレルの縦軸について各滑車を回転させることを含む。一部の実施形態は、１つまたは複数の滑車に対してマンドレルの縦軸に実質的に一致した方向にマンドレルを移動することを含む。一部の実施形態では、マンドレルは、取り外し可能なようにまたは互いに移動可能に連結される２つ以上のマンドレル部分を有するエンドレスなマンドレルを含む。
【００５０】
一部の実施形態は、巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップを含む。一部の実施形態では、１つ以上の材料の層が第１の材料の層と第２の材料の層とを含み、第１の材料の層の巻かれた部分が第２の材料の層の巻かれた部分に覆われているように巻くことが実施され、第１の材料の層が第２の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる。一部の実施形態では、１つ以上の材料の層が第１の材料の層と第２の材料の層とを含み、第１の材料の層の側端が第２の材料の層の側端の側にあるように巻くことが実施され、第１の材料の層が第２の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる。
【００５１】
一部の実施形態では、接合した点の少なくとも２つがマンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うようにスポット接合が行われる。一部の実施形態では、スポット接合は、巻かれた部分の隣接した部分に熱を加えることを含む。一部の実施形態では、スポット接合はスポット溶接を含む。一部の実施形態では、スポット溶接は、赤外線溶接、レーザー溶接、超音波溶接、および摩擦溶接からなる群の少なくとも１つを含む。
【００５２】
一部の実施形態は、材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われているように、材料の層上へテープを配置するステップを含む。一部の実施形態では、テープの一部の長さ寸法がマンドレルの縦軸に実質的に平行であるように配置が行われる。一部の実施形態では、テープの一部は、マンドレルの外周より小さい幅を有し、該外周はマンドレルの縦軸に垂直な平面でとられるものである。一部の実施形態では、テープの一部の幅はマンドレルの外周の半分より小さい。
【００５３】
一部の実施形態は、材料の層の少なくとも１つの巻かれた部分にテープを結合させるステップを含む。一部の実施形態では、結合はテープに熱を加えることを含む。一部の実施形態では、結合は溶接を含む。一部の実施形態では、溶接は、赤外線溶接、レーザー溶接、超音波溶接、および摩擦溶接からなる群の少なくとも１つを含む。一部の実施形態では、結合が、少なくとも一部は、ローラーをマンドレルに対してマンドレルの縦軸に実質的に一致した方向に移動させることによって実施され、テープがローラーとマンドレルとの間に配置される。一部の実施形態では、結合の間に、マンドレルの一部がローラーの溝内に配置される。一部の実施形態では、マンドレルがマンドレルの縦軸に沿って伸びる平面部分を定義し、結合の間に、テープがローラーとマンドレルの平面部分との間に配置される。
【００５４】
一部の実施形態は、巻かれた部分それぞれの少なくとも一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップを含む。一部の実施形態では、マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って切り込みを入れる。一部の実施形態は、テープの一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップを含む。一部の実施形態では、テープの一部が積層品の反対側の端に配置されるように切り込みを入れる。一部の実施形態では、テープの一部が実質的に両断されるように切り込みを入れる。一部の実施形態では、マンドレルがマンドレルの縦軸に沿って広がる溝を定義し、少なくとも一部は、溝内および溝に沿ってマンドレルに対してカッターのブレードまたはエッジを動かすことによって切り込みを入れる。
【００５５】
積層品を製造する本システムの一部の実施形態は、縦軸を有するマンドレルと、１つ以上の滑車とを含み、該滑車は、それぞれ、１つ以上の材料の層のそれぞれ１つを受け、マンドレルに対して、かつマンドレルの縦軸について回転して、マンドレルの周囲にそれぞれの材料の層の一部を巻くように構成されている。
【００５６】
一部の実施形態は、テープディスペンサーを含み、該テープディスペンサーは、材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われ、かつテープの一部の長さ寸法がマンドレルの縦軸に実質的に平行であるように、材料の層上へテープを配置するように構成されている。
【００５７】
一部の実施形態は、巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット溶接するように構成されている溶接機を含む。一部の実施形態では、溶接機は、マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うスポット溶接を形成するように構成されている。
【００５８】
一部の実施形態は、マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部に切り込みを入れるように構成されているカッターを含む。
【実施例】
【００５９】
具体的な例によって本発明をより詳細に説明する。以下の実施例は例示に過ぎず、本発明を何ら制限するものではない。当業者であれば、本質的に同じ結果をもたらすように変更または改変できる重要ではない様々なパラメータを容易に理解する。
【００６０】
実施例１
一方向繊維テープから製造される斜交積層品
表１に記載の斜交積層品（試料１〜６）のそれぞれを製造するために、１つ以上の一方向繊維テープを、テープごとに、テープの隣接した包みが左右交互の関係であり、テープが積層品の層を形成するように、円筒状マンドレルの周囲に連続して巻いた。テープそれぞれを巻いている間、テープに、テープのｍｍ幅当たり約１ニュートン（Ｎ）で張力をかけた。テープをマンドレルに対して固定するために、各テープの隣接した包みをマンドレルの各端に一緒にスポット溶接した。マンドレルの周囲に巻いたら、テープをマンドレルの長さに沿って切断し、積層品をマンドレルから除去した。生じた積層品はそれぞれ満足な特性を有していた。
【表１】
2019509913.tif 000003
【００６１】
実施例２
スクラップ推定
材料の層を切断して層の端を形成する２つの方法を考慮して、スクラップを推定した。該２つの方法は、（１）層のそれぞれを層の長さに対して９０°で切断するもの（図８Ａ；「９０°切断」層）；および（２）層がマンドレルの周囲に巻かれる際に層の端がマンドレルの端とぴったり重なるように層のそれぞれを切断するもの（図８Ｂ；「角度切断」層）である。図９および図１０は、それぞれ、２８４ｍｍ直径および４０６ｍｍ直径を有するマンドレルを使用し、様々な幅を有し、様々な巻き角でマンドレルの周囲に巻かれた材料の層を用いたそのようなスクラップ推定を示す。図示のように、スクラップ率は、所与の材料の層がマンドレルの周囲に巻かれる巻き角を減少させることによって、並びに／または角度切断層、より小さい幅を有する層および／もしくはより大きい直径を有するマンドレルを用いることによって、概して減少し得る。
【００６２】
実施例３
製造速度推定
本開示の実施形態を用いる積層品の製造での製造速度を推定した。考えられるステップは、材料の層ごとに、（１）層の隣接した包みを第１のマンドレルの端に一緒にスポット溶接することによって、層の端を第１のマンドレルの端に固定するステップ（「溶接」）；（２）層をマンドレルの周囲に巻くステップ（「巻き」）；（３）層の隣接した包みを第２のマンドレルの端に一緒にスポット溶接し、層を切断して層の端を形成することによって層を第２のマンドレルの端に固定するステップ（「溶接／切断」）；および（４）第１のマンドレルの端に戻るステップ（「戻る」）、および、層ごとにステップ（１）〜（４）を行った後、（５）層の隣接した部分をマンドレルに沿って互いに対して固定し（例えばスポット溶接する、材料の層上へテープを配置するなどによって）、マンドレルから積層品を除去するために材料の層を切断するステップ（「最終溶接／切断」）を含んでいた。
【００６３】
直径が２８４ｍｍ、長さが１０００ｍｍであるマンドレルを用いる１２層の積層品の製造でのそのような製造速度の推定を表２に示す。
【表２】
2019509913.tif 000004
【００６４】
図示のように、材料の層がマンドレルの周囲に巻かれる速度と、材料の層が溶接される速度を上げることによって、および２方向の巻き（第１のマンドレルの端から始めて材料の層をマンドレルの周囲に巻き、第２のマンドレルの端から始めて材料の層をマンドレルの周囲に巻くことで、戻るステップをなくす）を用いることによって、製造速度の顕著な増加が達成できる。
【００６５】
直径が２８４ｍｍ、長さが１０００ｍｍであるマンドレルおよび２方向の巻きを用いる１２、３、２、および１層の積層品の製造での製造速度の推定を表３に示す。
【表３】
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【００６６】
直径が４０６ｍｍ、長さが１０００ｍｍおよび６０００ｍｍであるマンドレルおよび２方向の巻きを用いる１層および３層の積層品の製造での製造速度推定を表４に示す。
【表４】
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【００６７】
実施例４
層の幅と、マンドレル直径と、巻き角との間の関係
図１１は、材料の層の隣接した包みが様々なマンドレル直径および巻き角について左右交互の関係であるように層がマンドレルの周囲に巻かれる際に望ましい（例えば層の変形を避けるような）材料の層の幅を示すグラフである。図示のように、層をより小さい巻き角でマンドレルの周囲に巻く場合、および／またはマンドレルがより大きい直径を有する場合、より幅広い層が一般的に望ましい。
【００６８】
上記明細書および実施例は、例示の実施形態の構造および使用を完全に説明する。特定の実施形態をある程度の特殊性をもって、または１つ以上の個々の実施形態を参照して上記で説明したが、当業者であれば、開示される実施形態に本発明の範囲から逸脱することなく多数の変更を加えることができる。そのようなものとして、方法およびシステムの様々な例示の実施形態は、開示される特定の形態に制限されるものではない。むしろ、それらは、特許請求の範囲内に入るすべての改変および代替手段を含み、示されるもの以外の実施形態は、示した実施形態の一部またはすべての特徴を含むことができる。例えば、要素を省略することができるか、または単一構造として組み合わせることができるか、かつ／または接続を置換できる。さらに、上記の実施例のいずれの適切な態様も、記載された他の実施例のいずれの態様とも組み合わせて、同等なまたは異なる特性および／または機能を有し、同じまたは異なる問題に対処するさらなる実施例を作ることができる。同様に、当然ながら、上記の利益および利点が１つの実施形態に関し得るか、またはいくつかの実施形態に関し得る。
【００６９】
特許請求の範囲は、「のための手段」または「のためのステップ」をそれぞれ用いて所与の請求項に明確に記載されていない限り、ミーンズ・プラス・ファンクションまたはステップ・プラス・ファンクションの限定を含むものと解釈されるものではなく、解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月2日(2018.1.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の材料の層それぞれの部分をマンドレルの周囲にかつ前記マンドレルの縦軸について巻くステップと、
前記材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われており、かつ
前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように材料の層上へテープを配置するステップと、
配置されたテープの一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップと、を含み、
前記材料の各層は繊維を含み、
前記材料の各層の巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれが前記マンドレルの縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われることを特徴とする積層品の製造方法。
【請求項２】
巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１つ以上の材料の層が第１の材料の層と第２の材料の層とを含み、
前記第１の材料の層の巻かれた部分が前記第２の材料の層の巻かれた部分に覆われているように巻くことが実施され、
前記第１の材料の層が前記第２の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の材料の層が第１の材料の層と第２の材料の層とを含み、
前記第１の材料の層の側端が前記第２の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われ、
前記第１の材料の層が前記第２の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
接合した点の少なくとも２つが前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うようにスポット接合が行われる請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記テープの一部が、前記マンドレルの外周より小さい幅を有し、前記外周は前記マンドレルの縦軸に垂直な平面でとられ、
任意選択的に、前記テープの一部の幅は前記マンドレルの外周の半分より小さい請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って切り込みを入れる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記マンドレルが、前記マンドレルの縦軸に沿って広がる溝を定め、
少なくとも一部は、前記溝内および前記溝に沿って前記マンドレルに対してカッターのブレードまたはエッジを動かすことによって切り込みを入れる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
材料の層の少なくとも１つの巻かれた部分に、配置されたテープを結合させるステップを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一部は、ローラーを前記マンドレルに対して前記マンドレルの縦軸に実質的に一致した方向に移動させることによって結合が行われ、前記配置されたテープが前記ローラーと前記マンドレルとの間に配置される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ以上の材料の層は２つ以上の材料の層を含み、
前記材料の層の少なくとも１つの巻かれた部分に少なくとも１つの他の材料の層の巻かれた部分が覆われているように巻くことが行われる請求項１または２に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つ以上の材料の層は２つ以上の材料の層を含み、
前記材料の層の少なくとも１つの側端が少なくとも１つの他の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われる請求項１または２に記載の方法。
【請求項１３】
縦軸を有するマンドレルと、
１つ以上の滑車と、
材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部が、配置されたテープの少なくとも一部に覆われており、前記配置されたテープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように、前記材料の層上へテープを配置するように構成されているテープディスペンサーと、
前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って、配置されたテープの一部と、材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部に切り込みを入れるように構成されているカッターと、
を含み、
前記滑車は、１つ以上の材料の層のそれぞれ１つを受け取り、前記マンドレルに対してかつ前記マンドレルの縦軸について回転して、前記マンドレルの周囲にそれぞれの材料の層の一部を巻くように、それぞれ構成されていることを特徴とする積層品の製造システム。
【請求項１４】
巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット溶接するように構成されている溶接機を含む請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記溶接機が、前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うスポット溶接を形成するように構成されている請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
結合の間に、前記マンドレルの一部が前記ローラーの溝内に配置される請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記マンドレルが前記マンドレルの縦軸に沿って伸びる平面部分を定め、
結合の間に、前記配置されたテープが前記ローラーと前記マンドレルの平面部分との間に配置される請求項１０または１６に記載の方法。
【国際調査報告】
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